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Constante dieléctrica y permitividad relativa

 Constante dieléctrica y permitividad relativa

La permitividad y la constante dieléctrica son dos términos fundamentales para la tecnología de los condensadores. A menudo se oirá hablar de condensadores con diferentes dieléctricos que se utilizan. Condensadores electrolíticos, condensadores cerámicos, papel, condensadores de tantalio y todos los nombres comunes de los condensadores se refieren al material dieléctrico que se utiliza.

El material dieléctrico proporciona el aislamiento entre las placas del condensador, y además esto determina muchas de las características del condensador. Tiene capacitancia alcanzable en un cierto volumen, la estabilidad de temperatura ya sea polarizada o no. Estas y muchas otras características se rigen por el material dieléctrico utilizado; muchas propiedades se rigen por la propia constante dieléctrica.

Permitividad del condensador y constante dieléctrica

Los términos permitividad y constante dieléctrica son esencialmente los mismos para la mayoría de los propósitos, aunque hay casos en los que los diferentes términos tienen significados muy específicos.

Es esa propiedad de un material dieléctrico la que determina cuánta energía electrostática se puede almacenar por unidad de volumen cuando se aplica voltaje unitario y, como resultado, es de gran importancia para los condensadores y los cálculos de capacitancia y similares.

En general, la permitividad usa la letra griega épsilon como símbolo: ε.

Definiciones de permitividad y constante dieléctrica

Las definiciones de algunos términos específicos relacionados con la constante dieléctrica y la permitividad se dan a continuación:

  • Permitividad absoluta: La permitividad absoluta se define como la medida de la permitividad en el vacío y es cuánta resistencia se encuentra cuando se forma un campo eléctrico en el vacío. La permitividad absoluta normalmente está simbolizada por ε0. La permitividad del espacio libre - un vacío - es igual a aproximadamente 8.85 x 10-12 Faradios / metro (F / m)
  • Permitividad relativa: La permitividad relativa se define como la permitividad de un material dado en relación con la permitividad de un vacío. Normalmente está simbolizado por: εr.
  • Permitividad estática: La permitividad estática de un material se define como su permitividad cuando se expone a un campo eléctrico estático. A menudo, se coloca un límite de baja frecuencia en el material para esta medición. A menudo se requiere una permitividad estática porque la respuesta de un material es una relación compleja relacionada con la frecuencia del voltaje aplicado.
  • Constante dieléctrica: La constante dieléctrica se define como la permitividad relativa de una sustancia o material.

Aunque se pueda considerar que estos términos están relacionados, a menudo es importante utilizar los términos correctos en el lugar requerido.

Permitividad relativa (constante dieléctrica)

Usando el hecho de que la permitividad ε de un medio gobierna la carga que puede tener un medio, se puede ver que la fórmula para determinarlo es:

Dónde:
ε = permitividad de la sustancia en faradios por metro
D = densidad de flujo eléctrico
E = intensidad del campo eléctrico

Se puede ver en las definiciones de permitividad que las constantes están relacionadas de acuerdo con la siguiente ecuación:

Dónde:
εr = permitividad relativa
εs = permitividad de la sustancia en faradios por metro
ε0 = permitividad de un vacío en Faradios por metro

Elección del dieléctrico del condensador

Los condensadores utilizan una variedad de sustancias diferentes como material dieléctrico. El material se elige por las propiedades que proporciona. Una de las principales razones para la elección de un material dieléctrico particular es su constante dieléctrica. Aquellos con una constante dieléctrica alta permiten alcanzar altos valores de capacitancia, cada uno con una permitividad o constante dieléctrica diferente. Esto cambia la cantidad de capacitancia que tendrá el capacitor para un área y espaciamiento determinados.

El dieléctrico también deberá elegirse para cumplir con requisitos como la resistencia del aislamiento; debe poder soportar los voltajes colocados a través de él con los niveles de espesor utilizados. También debe ser lo suficientemente estable ante variaciones de temperatura, humedad, voltaje, etc.

Las opciones populares de condensadores se dan por los nombres: condensadores electrolíticos de aluminio, condensadores cerámicos, condensadores de mica de plata y condensadores de tantalio son todos tipos de uso común.

Permitividad relativa de sustancias comunes

La siguiente tabla muestra la permitividad relativa de varias sustancias comunes.


Permitividad relativa de sustancias comunes
SustanciaRelativo
Permitividad
Titanato de calcio150
Material de PCB FR44.8 típicamente
Vaso5 - 10
Mica5.6 - 8.0
Papel3.85
Polietileno)2.25
Poliimida2.25
Polipropileno2.2 - 2.36
Porcelana (cerámica)4.5 - 6.7
PTFE (teflón)2.1
Caucho2.0 - 2.3
Silicio11.68
Dióxido de silicio3.9
Titanato de estroncio200
Aire 0 ° C1.000594
Aire 20 ° C1.000528
Monóxido de carbono 25 ° C1.000634
Dióxido de carbono 25 ° C1.000904
Hidrógeno 0 ° C1.000265
Helio 25 ° C1.000067
Nitrógeno 25 ° C1.000538
Dióxido de azufre 22 ° C1.00818

Los valores dados arriba son lo que pueden denominarse valores "estáticos" de permitividad. Son válidos para el estado estable o las bajas frecuencias. Se encuentra que la permitividad de un material generalmente disminuye al aumentar la frecuencia. También cae al aumentar la temperatura. Estos factores normalmente se tienen en cuenta al diseñar un condensador para aplicaciones electrónicas.

Cuando se emprende el diseño de un condensador, las características del dieléctrico forman una de las principales decisiones sobre el condensador.

Algunos materiales tienen una constante dieléctrica muy estable y se pueden utilizar en condensadores de alta estabilidad, mientras que otros materiales dieléctricos permiten alcanzar niveles muy altos de capacitancia volumétrica, es decir, altos niveles de capacitancia en un volumen pequeño. Normalmente existe un equilibrio ya que ningún dieléctrico tiene características ideales para todo.

Aunque los condensadores cerámicos son muy populares, hay muchas cerámicas diferentes que se pueden utilizar. Estos dan lugar a que los condensadores cerámicos se denoten con varios nombres para los niveles de rendimiento cerámico: C0G, Y5V, X7R, NP0, etc.

Ver el vídeo: 162 Electromagnetismo - CE en materia - Susceptibilidad permitividad y constante dieléctrica (Octubre 2020).